CH625056A5

CH625056A5 -

Info

Publication number: CH625056A5
Application number: CH1470077A
Authority: CH
Inventors: Lothar Dr Trapp; Rudolf Conradi
Original assignee: Zeiss Carl Fa
Priority date: 1976-12-04
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1981-08-31
Also published as: GB1567707A; BR7708036A; AT355832B; ATA787977A; JPS5370837A; DE2655041A1; JPS6238688B2; US4208101A; DE2655041C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Immersionsobjektiv für Mikroskope.

Als Immersionsobjektiv bezeichnet man ein Mikroskopobjektiv, das zur Beobachtung eines Objektes so in eine Flüssigkeit, das sogenannte Immersionsmittel eingetaucht wird, dass diese Flüssigkeit den Raum zwischen der Frontlinse des Objektivs und bei bedeckten Objekten dem Deckglas bzw. bei unbedeckten Objekten dem Objekt selbst vollständig ausfüllt. Unter Verwendung von Immersionsmitteln lassen sich Mikroskopob-jetive errechnen, die eine hohe numerische Apertur mit Werten >1 haben.

Es gibt verschiedene Immersionsmittel, von denen die bekanntesten Wasser, Glyzerin und Zedernöl sind. Jedes dieser Mittel hat einen anderen Brechungsindex. Bei Objektiven höherer Apertur ist die Bildqualität in hohem Masse abhängig von dem optischen Medium zwischen Objekt und Objektiv. Aus diesem Grunde sind Immersionsobjektive für ein ganz bestimmtes Immersionsmittel korrigiert, d.h. ein bestimmter Objekttyp ist in mehreren Ausführungen zur Verwendung mit jeweils einem Immersionsmittel vorgesehen. Wenn man ein solches für ein bestimmtes Immersionsmittel, z.B. öl (n= 1,52) korrigiertes Objektiv mit einem Immersionsmittel niedriger Brechzahl, z.B. Wasser (n= 1,33) benutzt, so entstehen Bildfehler, insbesondere sphärische Aberration, die bereits bei mittelstarken Objektiven zu einer untragbaren Verschlechterung der Bildgüte führen.

Auch bei Trockenobjektiven, d.h. Mikroskopobjektiven die ohne Immersionsmittel benutzt werden, sind Objektive höherer Apertur in ihrer Bildqualität stark von der Dicke des verwendeten Objekt-Deckglases abhängig. Die Deckglasdicke ist auf 0,17 mm genormt und unter Zugrundelegung genau dieses Wertes sind die Objektive berechnet und korrigiert. Um nun bei Trockenobjektiven höherer Apertur die Deckglasdicke der Präparate nicht auf allzu kleine, in der Regel nicht einhaltbare Massabweichungen beschränken zu müsse, sind sogenannte Korrektionsfassungen bekannt, die durch Abstandsänderung von optischen Gliedern innerhalb des Objektivs eine Anpassung an grössere Abweichungen der Deckglasdicke gestatten.

Bei solchen Korrektionsfassungen ist üblicherweise die Frontlinsengruppe sowie eine nachgeordnete Linsengruppe gegeneinander verschiebbar angeordnet. Die Verschiebung dieser Linsengruppen gegeneinander wirkt auf die sphärische Korrek-5 tion ein, so dass sich eine durch die Abweichung der Deckglasdicke von der Norm verursachte sphärische Aberration korrigieren lässt. Dabei entstehen jedoch andere Bildfehler, wie z.B. Koma, Farbfehler, Astigmatismus, die in Kauf genommen werden müssen.

io Solche Korrektionsfassungen wurden bisher nur zur Einstellung auf die tatsächliche Deckglasdicke verwendet.

Es ist ein mikroskopisches Objektiv für Auflichtbeleuchtung bekannt, bei dem das abbildende System ringförmig von einem Kondensor umgeben ist, durch den Licht auf das Präparat ge-15 lenkt wird. Um störende Reflexe zu vermeiden, ist vor der Frontlinse des Objektivs eine planparallele, konisch begrenzte Glasplatte angeordnet, deren Dicke mindestens derjenigen der Frontlinse entspricht. Diese Platte wird mit dem Präparat in Kontakt gebracht und lenkt damit den Beleuchtungsstrahlen-20 gang so auf das Präparat, dass nur die zu beobachtende Stelle beleuchtet wird, ohne dass störende, den Bildkontrast verschlechternde Reflexionen entstehen. Ausserdem erlaubt die Frontplatte auch die Beleuchtung und Beobachtung von Objekten, die mit einer dicken Flüssigkeitsschicht bedeckt sind, indem 25 die Platte in die Flüssigkeit eintaucht und den Beleuchtungsstrahlengang damit unmittelbar und ohne störende Oberflächenreflexe auf das Objekt lenkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die für den Benutzer und dem Hersteller lästige Vielzahl von auf 30 spezielle Immersionsmittel zugeschnittene, jedoch in ihrer Bauart ähnlichen Mikroskopobjektiven, ohne Einschränkung der Anwendungsbreite der Immersionsobjektive zu vermindern.

Dies wird nach der Erfindung erreicht durch die Ausbildung eines Immersionsobjektivs zum Gebrauch mit mehreren Im-35 mersionsmitteln verschiedener Brechungsindizes durch Verwendung mindestens eines, zum Ausgleich der beim Gebrauch verschiedener Immersionsmittel auftretenden Bildfehler in Richtung der optischen Achse verschiebbaren optischen Elementes.

40 Das zwischen Objekt und der Frontlinse des Objektivs, d.h. im sogenannten Immersionsraum vorhandene Immersionsmittel kann im wesentlichen als eine Platte angesehen werden. Ver-grössert man den Brechungsindex n einer solchen Platte gegenüber dem Sollwert, so entsteht eine sphärische Überkorrektion, 45 macht man den Brechungsindex kleiner, so entsteht eine sphärische Unterkorrektion. Bei einer Änderung der Dicke d einer solchen Platte, nimmt bei Zunahme des d-Wertes die sphärische Überkorrektion zu und entsprechend bei einer Abnahme des d-Wertes ab.

so Wenn ein beispielsweise für öl korrigiertes Objektiv der bisherigen Bauart mit einem Immersionsmittel niedriger Brechzahl (z.B. Wasser) benutzt werden soll, so verringert sich bei der Scharfstellung des Objekts die Dicke des Immersionsraumes im Verhältnis der Brechzahlen. Die vorstehenden Betrachtungen 55 zeigen, dass daraus sphärische Aberration resultiert. Es kommt deshalb darauf an, durch Einwirkung auf die sphärische Korrektion, die beim Wechsel des Immersionsmittels entstehenden Bildfehler zu kompensieren.

Im einfachsten Fall wird dazu das Objektiv an einer Stelle 60 aufgetrennt, die genügend auf die sphärische Korrektion einwirkt, ohne bei einer an dieser Stelle bewirkten Abstandsänderung der Objektiv-Teile andere Bildfehler in störendem Umfang entstehen zu lassen.

Von ganz besonderem Vorteil ist es, auf der dem Objekt es benachbarten Seite der Objektiv-Frontlinse eine Platte aus optisch durchsichtigem Werkstoff verschiebbar anzuordnen und ihren Abstand von der Frontlinse in Abhängigkeit vom Brechungsindex des verwendeten Immersionsmittels so einstellbar

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zu machen, dass beim Fokussieren des Mikroskops die Dicke Deckglas 15 ist ein Immersionsmittel 16 eingebracht, welches des vom Immersionsmittel erfüllten Raumes bei abnehmendem im dargestellten Beispiel öl mit einem Brechungsindex n = 1,52 Brechungsindex des Immersionsmittels zunimmt und umge- sein soll. Durch Drehen des Einstellringes 8 am Objektiv 1 ist kehrt. der Ableseindex 9 der Markierung 1,52 auf dem Ring 13 gegen-

Damit gelingt es beim Ubergang von einem Immersionsmit- 5 übergestellt, was in dem in Fig. 2 dargestellten Abstand zwi-tel auf ein anderes, die durch die veränderte Brechzahl n entste- sehen der Frontlinse 2 und der Frontplatte 6 resultiert. Bei dem hende sphärische Aberration durch diejenige zu kompensieren, anschliessenden Fokussierungsvorgang wird auf das Präparat die durch die geänderte Dicke d des Immersionsraums verur- scharf eingestellt, wobei sich eine Dicke dt des Immersionsrausacht wird. Die durch das Objektiv selbst erreichte Bildfeldkor- mes ergibt. Sobald dies erreicht ist, hat ein beispielsweise einge-rektion bleibt bei dieser Lösung völlig unabhängig vom verwen- 10 zeichneter Lichtstrahl 18 den aus Fig. 2 ersichtlichen Verlauf, deten Immersionsmittel stets gleich, da das Objektiv immer in gleicher Weise benutzt wird. Soll nun unter Verwendung desselben Objektivs 1 ein ande-

Die vor der Objektiv-Frontlinse angeordnete Platte ist vor- res Immersionsmittel 17, beispielsweise Wasser (n= 1,33) ver-teilhaft als planparallele Glasplatte ausgebildet, deren Dicke für wendet werden, so wird zunächst der Einstellring 8 so lange ihre Wirksamkeit ohne Bedeutung ist. 15 gedreht, bis der Ableseindex 9 der entsprechenden Markierung

Das Immersionsobjektiv ist zweckmässig so ausgebildet, 14 gegenübersteht. Dabei verändert sich der Abstand zwischen dass ein mit Markierungen für gebräuchliche Immersionsmittel der Frontlinse 2 und der Frontplatte 6 so, wie dies in Fig. 3 versehenes Betätigungsglied zum Einstellen des Abstandes zwi- dargestellt ist, d.h. er wird um die Strecke s verkleinert. Beim sehen Frontlinse und Frontplatte vorgesehen ist. Dieses Betäti- anschliessenden Fokussierungsvorgang wird, wie ein Vergleich gungsglied ist vorzugsweise als Einstellring ausgebildet, dessen 20 der Figuren 2 und 3 zeigt, das Präparat mit dem Deckglas 16 Drehung den Abstand zwischen Frontlinse und Frontplatte ent- leicht angehoben, so dass eine Dicke d2 des Immersionsraumes sprechend dem Brechungsindex n des zu verwendenden Immer- zwischen Frontplatte 6 und Deckglas 15 entsteht. Die Dicke d2 sionsmittels einstellt. ist etwas grösser als die Dicke Dj des Immersionsraumes im

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 Beispiel der Fig. 2. Damit ist die durch die verringerte Brech-der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen 25 zahl n des Immersionsmittels 17 entstehende sphärische Aberzeigen: ration durch diejenige kompensiert, welche durch die Änderung

Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des der Dicke d] in die Dicke d2 des Immersionsraumes verursacht Immersionsobjektivs ; wird.

Fig. 2 den Raum zwischen der Frontlinse eines Immersionsobjektivs und dem Deckglas eines Objektes in vergrösserter 30 Man erkennt, dass im Falle der optimalen Fokussierung der Schnittdarstellung; beispielsweise eingezeichnete Lichtstrahl 18 in den Figuren 2

Fig. 3 den in Fig. 2 gezeigten Raum bei Verwendung eines und 3 für das eigentliche Objektiv genau denselben Verlauf hat. Immersionsmittels mit niedrigerem Brechungsindex. Damit wird deutlich, dass die Bildfeldkorrektion des Mikro-

In Fig. 1 ist mit 1 ein mikroskopisches Immersionsobjektiv skopobjektivs bei einem Wechsel des Immersionsmittels vollbezeichnet, das eine Frontlinse 2, zwei weitere Linsengruppen 3 35 ständig erhalten bleibt.

und 4 sowie weitere, hier nicht sichtbare Linsengruppen enthält.

Sämtliche Linsengruppen sind in einem zylindrischen Rohr 5 Das Immersionsobjektiv ermöglicht zusätzlich eine Korrek-

gefasst, das entgegen der Wirkung einer hier nicht dargestellten tion der Deckglasdicke. Dazu ist lediglich der Einstellring 8 Feder in Richtung der optischen Achse nach oben bewegbar ist. geringfügig anders zu verdrehen als dies durch die Skala 14 und

Vor der Frontlinse 2 des Objektivs ist eine planparallele 40 den Index 9 angezeigt ist.

Glasplatte 6 in einer Fassung 7 angeordnet. Mit 8 ist ein drehbarer Einstellring bezeichnet, der mit einer Indexmarke 9 verse- Mit dem Mikroskopobjektiv ist auch die Deckglasdicke Null hen ist. Mit dem Einstellring 8 ist ein weiterer Ring 10 fest korrigierbar, so dass sich dieses Objektiv zur Beobachtung von verbunden, welcher eine schlitzförmige Ausnehmung 11 in Präparaten mit oder ohne Deckglas verwenden lässt. Bei der in Form einer Kurvenscheibe enthält. Ein Stift 12, der fest mit der 45 Fig. 2 dargestellten Immersion mit der ölschicht 16 macht es Zylinderfassung 5 verbunden ist, gleitet auf der Kurvenscheibe praktisch keinen Unterschied, ob ein Deckglas 15 verwendet im Ring 10. wird oder nicht, da beide Medien 15 und 16 eine nahezu gleiche

Brechzahl besitzen. Im Falle der Fig. 3 mit dem niedriger bre-Beim Drehen des Einstellringes 8 wird über die Kurven- chenden Mittel 17 muss die Dicke d2 des Immersionsraumes Scheibe 11 und den Stift 12 die Zylinderfassung 5 in Richtung so etwas vergrößert werden, wenn von der Beobachtung eines der optischen Achse bewegt und zwar gegenüber der feststehen- Präparates mit Deckglas zu einer Beobachtung ohne Deckglas den Fassung 7 und dem feststehenden Ring 13. Der Ring 13 übergegangen wird.

trägt Markierungen 14 für Brechungsindizes verschiedener Immersionsmittel. Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Lösung ist verwend-

55 bar für Objektive mit einer numerischen Apertur, die zwischen Beim Drehen des Einstellringes 8 wird also der Abstand zwi- 0,5 und 1 liegt. Bei Objektiven mit einer numerischen Apertur sehen der Frontlinse 2 und der Platte 6 verändert, und zwar so, <0,5 stört praktisch der beim Wechsel des Immersionsmittels dass der Brechungsindex für das gewählte Immersionsmittel auftretende Fehler nicht.

dem Ableseindex 9 gegenüber steht. Anschliessend wird das Das neue Immersionsobjektiv hat einen sehr grossen Kor gewählte Immersionsmittel in den Raum zwischen der Front- 60 rektionsbereich, der alle bekannten Immersionsmittel umfasst platte 6 und dem zu beobachtenden Objekt gebracht und es und der praktisch von n=1,33 bis zu einer nicht näher bestimm wird, beispielsweise durch Verschieben des Objekttisches fo- ten oberen Grenze reicht.

kussiert. Immersionsobjektive nach der Erfindung finden vorzugs weise Anwendung in der Fluoreszenzmikroskopie. Dort kommt Die Wirkungsweise des Immersionsobjektivs wird im fol- 65 es darauf an, Immersionsmittel ohne störende Eigenfluoreszenz genden anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert. In Fig. 2 ist zu verwenden. Bei Verwendung des Objektives lassen sich gémit 15 das Deckglas eines zu beobachtenden Präparates be- eignete Flüssigkeiten ohne Rücksicht auf ihren Brechungsindex zeichnet. Zwischen die Frontplatte 6 des Objektivs 1 und das auswählen und als Immersionsmittel verwenden. So ist bei-

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spielsweise die Verwendung von flüssigem Paraffin als Immersionsmittel möglich. Ganz allgemein machen die Immersionsobjektive den Benutzer völlig unabhängig vom Immersionsmittel, d.h. der Anwendungsbereich eines Immersionsobjektives wird gegenüber den bisher üblichen, auf ein ganz bestimmtes Immersionsmittel zugeschnittenen Objektiven ganz wesentlich erweitert, so dass auch die Zahl der verschiedenen Immersionsobjektive verringert werden kann.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Immersionsobjektiv für Mikroskope, gekennzeichnet durch seine Ausbildung zum Gebrauch mit mehreren Immersionsmitteln (16,17) verschiedener Brechungsindizes durch Verwendung mindestens eines, zum Ausgleich der beim Gebrauch verschiedener Immersionsmittel auftretenden Bildfehler in Richtung der optischen Achse verschiebbaren optischen Elementes (6).

2. Immersionsobjektiv nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Objekt benachbarten Seite seiner Frontlinse (2) eine Frontplatte (6) aus optisch durchsichtigem Werkstoff verschiebbar angeordnet und ihr Abstand von der Frontlinse in Abhängigkeit vom Brechungsindex des verwendeten Immersionsmittels (16,17) so einstellbar ist, dass beim Fokussieren des Mikroskops die Dicke des vom Immersionsmittel erfüllten Raumes bei abnehmendem Brechungsindex des Immersionsmittels zunimmt und umgekehrt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Immersionsobjektiv nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vor der Frontlinse (2) angeordnete Frontplatte (6) als planparallele Glasplatte ausgebildet ist.

4. Immersionsobjektiv nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Markierungen (14) für gebräuchliche Immersionsmittel versehenes Betätigungsglied (8) zum Einstellen des Abstandes zwischen Frontlinse (2) und Frontplatte (6) vorgesehen ist.

5. Immersionsobjektiv nach Patentanspruch 4, gekennzeichnet durch einen, Markierungen für Brechungsindizes verschiedener Immersionsmittel tragenden Einstellring (8).